CN101936129B - 一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头 - Google Patents

Abstract

一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，采用通用回转马达为动力，输入轴上的齿面、固定内齿轮齿面均为高阶椭圆曲线的等距曲线，圆柱形活齿在输出轴的均布槽中滑滚运动，与输入轴上的齿面、固定内齿轮齿面接触作滑滚运动，输入轴上齿面、固定内齿轮齿面、活齿及输出轴的均布槽构成活齿变速装置，固定内齿轮与机座固接，输入轴与输出轴同轴，输出轴由轴承支承在机座上，辅助传动圆盘由轴承支承在输入轴上，输入轴由轴承支承在输出轴和机座上，输出轴上有孔与固定在机座上的气室相通。其优点是为轴入轴等运动件均为自平衡，能实现任意齿数差的变速装置，钻机回转动力头拆装方便，传递扭矩大、径向尺寸小、适合重载荷的凿岩机械。

Description

一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头

技术领域

本发明涉及高阶椭圆型面活齿变速装置及应用该装置的钻机回转动力头，属传动机械及凿岩机械设备领域。

背景技术

各种钻机广泛应用于冶金、铁路、矿山、建材、公路等工程爆破孔钻凿作业中。钻机回转动力头是钻机的关键部件之一，其变速装置要求重量轻，质心低，高速切削钻回转动力头要求动平衡特性好，传动比范围大，但现有通用减速器径向尺寸大，不满足使用要求，活齿减速器是一齿差偏心轮结构，动平衡特性差，回转动力头需专门设计。本发明是高阶椭圆型面活齿变速装置，变速器的轴入轴等运动件均为自平衡，能实现任意齿数差的变速装置，应用该装置的钻机回转动力头，拆装方便，传递扭矩大、径向尺寸小、适合重载荷的凿岩机械。

发明内容

为了克服上述技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，变速器的轴入轴等运动件均为自平衡，能实现任意齿数差的变速装置，钻机回转动力头拆装方便，传递扭矩大、适合重载荷的凿岩机械。

本发明的技术方案是：一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，包括输出轴、气室、密封A、轴承A、轴承B、固定内齿轮、辅助传动圆盘、连接盘、输入轴、马达、轴承C、轴承D、轴承E、活齿、定位销、底座、套、密封B，其特征是：输入轴上的齿面、固定内齿轮齿面的理论廓线均为高阶椭圆曲线或高阶椭圆曲线的等距曲线，实际齿廓曲线为理论齿廓的等距曲线，活齿、固定内齿轮、输入轴上的齿面、输出轴的均布槽构成任意齿数差的活齿变速装置，输出轴通过轴承A、轴承B支承在底座上，气室上有进气孔，气室固定在底座上，密封A和密封B与气室、输出轴配合，输出轴上径向孔与气室相通、输出轴上有内螺纹孔，辅助传动圆盘的槽尺寸与输出轴的槽尺寸相同，辅助传动圆盘通过轴承D支承在输入轴上，活齿与固定内齿轮上的齿面、输入轴上的齿面、辅助传动圆盘及输出轴上的槽接触，输入轴通过轴承C支承在连接盘、通过轴承E支承在输入轴上，连接盘、固定内齿轮通定位销定位固定在底座上，马达固定在连接盘上，马达上的轴与输入轴联接，套支承在输出轴上并在与轴承A、轴承B接触。

所述输入轴上的理论齿廓曲线A、固定内齿轮理论齿廓曲线B分别为：A：

或其等距曲线；B：

或其等距曲线。

式中，e为椭圆偏心率，椭圆长半轴为a，

θ为角变参量，n₁为输入轴上齿轮的齿数为n₁(n₁≥1的整数)，固定内齿轮的齿数为z_k，输出轴的齿槽数为z_g(z_g＝z_k±n₁)，则变速器的传动比

所述输入轴上的理论齿廓曲线A、固定内齿轮理论齿廓曲线B还可以为：A：

或其等距曲线；B：

或其等距曲线。

所述活齿变速装置采用一片固定内齿轮分别与两片辅助传动圆盘和输出轴上的槽相对应的对称布置结构。

所述活齿变速装置中活齿外可装轴承再与固定内齿轮、输入轴上的齿面、输出轴的均布槽面相接触。

本发明的优点是：克服了现有减速器及回转动力头的不足，发明高阶椭圆型面活齿变速装置及应用该装置的钻机回转动力头，为减速器提供一种通用的系列，为钻机提供一种拆装方便，传递扭矩大、径向尺寸小、适合重载荷的凿岩机械回转动力头。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的输出轴示意图

图3为本发明的固定内齿轮示意图

图4为本发明的辅助传动圆盘示意图

图5为本发明的输入轴示意图

图6为本发明的圆柱形活齿示意图

具体实施方式

现结合附图，对本发明的技术内容进行进一步描述。

在图1、2、3、4、5和6中，输入轴9上的齿面、固定内齿轮6齿面的理论廓线均为高阶椭圆曲线或高阶椭圆曲线的等距曲线，实际齿廓曲线为理论齿廓的等距曲线，活齿14、固定内齿轮6、输入轴9上的齿面、输出轴1的均布槽构成任意齿数差的活齿变速装置，输出轴1通过轴承A4、轴承B5支承在底座16上，气室2上有进气孔，气室2固定在底座16上，密封A3和密封B18与气室2、输出轴1配合，输出轴1上径向孔与气室2相通、输出轴1上有内螺纹孔，辅助传动圆盘7的槽尺寸与输出轴1的槽尺寸相同，辅助传动圆盘7通过轴承D12支承在输入轴9上，活齿14与固定内齿轮6上的齿面、输入轴9上的齿面、辅助传动圆盘7及输出轴1上的槽接触，输入轴9通过轴承C11支承在连接盘8、通过轴承E13支承在输入轴9上，连接盘8、固定内齿轮6通定位销15定位固定在底座16上，马达10固定在连接盘8上，马达10上的轴与输入轴9联接，套17支承在输出轴1上并在与轴承A4、轴承B5接触。

为了更好理解高阶椭圆曲线(也叫卵圆曲线)，进一步说明如下：

设椭圆长半轴为a，短轴为b，椭圆的偏心率令

以在椭圆上运动的动点对应极角θ₁为参数，则椭圆的极坐标方程为

将椭圆极角缩小n₁(n₁≥1)，保持向径r₁不变，则由原始椭圆导出的曲线为卵圆曲线，其极坐标方程可以写为：

如果齿轮2与齿轮1啮合，由啮合原理可求得齿轮2的节曲线的极坐标方程为：

$r_2=\frac{p_2}{1+e_2\cos n_2{\mathrm{\θ}}_2},$ $p_2=\frac{n^2{p}_1}{\sqrt{n^2-e_1^2(n^2-1)}},$ $e_2=\frac{e_1}{\sqrt{n^2-e_1^2(n^2-1)}}$

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{2}{n_2}\arctan \left(\sqrt{\frac{d-p_1+{\mathrm{de}}_1}{d-p_1-{\mathrm{de}}_1}}\tan \frac{n_1{\mathrm{\θ}}_1}{2}\right),$ $d=a(1+\sqrt{n^2-e_1^2(n^2-1)}),$ $n=\frac{n_2}{n_1}(n_2>1)$

如果n₁＝1，n₂＝2，则齿轮1的节曲线为椭圆，齿轮2的节曲线为二阶椭圆；如果n₁＝1，n₂＝3，则齿轮2的节曲线为三阶椭圆；如果n₁＝3，则齿轮1的节曲线为三阶椭圆；如果n₁＝3，n₂＝3，则齿轮1、齿轮2的节曲线均为三阶椭圆；如果n₁＝3，n₂＝3，4，5，7，…，则齿轮1节曲线均为三阶椭圆、齿轮2的节曲线均为3，4，5，7，…阶椭圆。

设输入轴上齿轮的齿数(卵圆曲线的波数)为n₁(n₁≥1)，活齿内齿轮(固定内齿轮)的齿数为z_k，输出轴的齿槽数为z_g(z_g＝z_k±n₁)，则变速器的传动比

且z_g＞z_k时输出轴与输入轴同向运动，否则反向运动。输入轴上齿轮理论齿廓曲线

或其等距曲线，固定内齿轮的理论齿廓曲线

或其等距曲线。如果输入轴上齿轮理论齿廓曲线

或其等距曲线，则固定内齿轮的理论齿廓曲线

或其等距曲线。

本发明是采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，固定内齿轮的理论齿廓曲线与输入轴上齿轮理论齿廓曲线是高阶椭圆曲线及高阶椭圆曲线的等距曲线，实际齿廓曲线为理论个齿廓曲线的等距曲线。图1至图6所示的减速器是a＝70，e＝0.1，zg＝9，zk＝6，

n1＝3，活齿直径为15mm，其输入轴的理论齿廓曲线、内齿轮理论齿廓曲线分别为

Claims (5)

1.一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，包括输出轴(1)、气室(2)、密封A(3)、轴承A(4)、轴承B(5)、固定内齿轮(6)、辅助传动圆盘(7)、连接盘(8)、输入轴(9)、马达(10)、轴承C(11)、轴承D(12)、轴承E(13)、活齿(14)、定位销(15)、底座(16)、套(17)、密封B(18)，其特征是：输入轴(9)上的齿面、固定内齿轮(6)齿面的理论廓线均为高阶椭圆曲线或高阶椭圆曲线的等距曲线，实际齿廓曲线为理论齿廓的等距曲线，活齿(14)、固定内齿轮(6)、输入轴(9)上的齿面、输出轴(1)的均布槽构成任意齿数差的活齿变速装置，输出轴(1)通过轴承A(4)、轴承B(5)支承在底座(16)上，气室(2)上有进气孔，气室(2)固定在底座(16)上，密封A(3)和密封B(18)与气室(2)、输出轴(1)配合，输出轴(1)上径向孔与气室(2)相通、输出轴(1)上有内螺纹孔，辅助传动圆盘(7)的槽尺寸与输出轴(1)的槽尺寸相同，辅助传动圆盘(7)通过轴承D(12)支承在输入轴(9)上，活齿(14)与固定内齿轮(6)上的齿面、输入轴(9)上的齿面、辅助传动圆盘(7)及输出轴(1)上的槽接触，输入轴(9)通过轴承C(11)支承在连接盘(8)、通过轴承E(13)支承在输入轴(9)上，连接盘(8)、固定内齿轮(6)通定位销(15)定位固定在底座(16)上，马达(10)固定在连接盘(8)上，马达(10)上的轴与输入轴(9)联接，套(17)支承在输出轴(1)上并在与轴承A(4)、轴承B(5)接触。

2.根据权利要求1所述的一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，其特征是：所述输入轴(9)上的理论齿廓曲线A、固定内齿轮(6)理论齿廓曲线B分别为：A： 

或其等距曲线；B： 或其等距曲线；式中，e为椭圆偏心率，椭圆长半轴为a，p₁＝a(1-e²)，θ为角 变参量，n₁为输入轴(9)上齿轮的齿数，n₁≥1的整数，固定内齿轮(6)的齿数为z_k，输出轴(1)的齿槽数为z_g，z_g＝z_k±n₁，则变速器的传动比 

3.根据权利要求2所述的一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，其特征是：所述输入轴(9)上的理论齿廓曲线A、固定内齿轮(6)理论齿廓曲线B还可以为：A： 

或其等距曲线；B： 

或其等距曲线。

4.根据权利要求1所述的一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，其特征是：所述活齿变速装置采用一片固定内齿轮(6)分别与两片辅助传动圆盘(7)和输出轴(1)上的槽相对应的对称布置结构。

5.根据权利要求1所述的一种采用高阶椭圆型面活齿变速装置的钻机回转动力头，其特征是：所述活齿变速装置中活齿(14)外可装轴承再与固定内齿轮(6)、输入轴(9)上的齿面、输出轴(1)的均布槽面相接触。 

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